WO2020038992A1 - Verfahren und einrichtung zum betrieb einer brechanlage - Google Patents

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WO2020038992A1
WO2020038992A1 PCT/EP2019/072361 EP2019072361W WO2020038992A1 WO 2020038992 A1 WO2020038992 A1 WO 2020038992A1 EP 2019072361 W EP2019072361 W EP 2019072361W WO 2020038992 A1 WO2020038992 A1 WO 2020038992A1
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simulation
processing plant
processing
stage
crushing
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PCT/EP2019/072361
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English (en)
French (fr)
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Piotr SZCZELINA
Falk SILBERMANN
Nicolai PAPAJEWSKI
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4063—Monitoring general control system
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/23—Pc programming
    • G05B2219/23456—Model machine for simulation

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a processing or crushing system for comminuting stone-shaped material, according to the preamble of claim 1.
  • the present invention also relates to a computer program, a machine-readable data carrier for storing the computer program and a device, by means of which the method according to the invention can be carried out.
  • Materials affected here e.g. Stones or ores are usually extracted from a quarry. There, the material is loosened either by blasting or with heavy machinery and then transported to a crushing plant by wheel shovel loaders and heavy goods vehicles and crushed there. In the case of cement production, the material can be crushed together with additives to crushed stone. The material shredded in this way is then brought to an interim storage facility via conveyor belts.
  • Crushing plants affected here generally consist of several crushing, sieving and transport stages.
  • the design of the individual stages of the crushing plant during its planning is mostly carried out on the basis of model calculations based on so-called “continuum” models.
  • These models are mostly based on empirical empirical values or empirical formulas, in which influencing factors such as the fineness, moisture or hardness of the material are included with correction factors.
  • a DEM simulation is known to map a real, irregular rock geometry using discrete particles.
  • a sphere with a defined radius and density is preferred because it is the easiest way to detect contact in space.
  • inhomogeneities occurring in a real aggregate are simulated. This is achieved by assembling the contact model from a model for material deformation, sliding friction, rolling resistance and cohesion. In this way, the behavior of the round particles can be adapted to that of bulk materials with an irregular geometry.
  • the so-called contact model is additionally extended according to the superposition principle by a so-called “bond” model (usually a bar with a circular cross section).
  • a so-called “bond” model usually a bar with a circular cross section.
  • the bonds implemented between the particles are able to absorb forces and moments.
  • the bonds can "break” if a defined load is exceeded.
  • a breakable DEM rock body is built up from a large number of particles and bonds.
  • the parameters of the contact and bond model are also calibrated so that the macroscopic rock features, such as breaking force, rigidity, toughness, grain size effects and the fracture pattern, are realistically reproduced.
  • the invention is based on the idea of feeding individual material particles present in a processing or crushing plant concerned here for comminuting essentially stone-shaped material to a discrete consideration (DEM simulation).
  • such a processing system comprises not only crushing tools but also other units or machines, for example sorting machines.
  • the material part kel are simulated as a replacement model in a process and are subject to the applicable physical laws for transport, sorting and shredding.
  • the DEM simulation depicts a real irregular rock geometry using discrete particles, it being possible to use other geometrical body shapes instead of a sphere.
  • an ellipsoid, an octahedron or preferably even irregular particle shapes or spatially arbitrarily shaped particles can be used. In this way, inhomogeneities occurring in a real aggregate can be reproduced even more precisely.
  • processing processes of the processing plant are calculated using a simulation based on discrete elements of the material, whereby individual material particles are taken as a basis, the material particles being taken into account as a substitute model in the simulation, and the results of the simulation being taken into account when operating or optimizing an existing processing plant or when planning a new processing plant.
  • a so-called break function can be set up in particular when simulating the comminution.
  • the fracture function determines the behavior of the rock particles under the respective stress in the area of the machine and, as a result, provides the respective reaction forces, the fracture energy and the distribution of the respective fragments after stressing the rock particles.
  • the throughput of the respective broken material and the energy absorbed by the respective rock particle during the refraction can be determined for each predetermined machine.
  • the throughput and the energy consumption for an entire processing or crushing plant can also be determined with the proposed method. Because the method according to the invention enables DEM modeling of an entire processing or crushing plant. Thus, the planning and design e.g. a correspondingly large ore processing plant, but also crushing plants used in the natural stone industry, can be simplified and carried out more precisely or precisely.
  • blasted material in a deposit is fed to at least one preparation stage, substitutes for the blasted material for the discrete calculation of the simulation, in particular on the basis of a real blasting distribution - particles are formed.
  • parameters are taken into account in the calculation of the preparation process, which parameters are determined in a separate calculation loop.
  • the grain size of the replacement particles can be calculated, a mechanical load test can be calculated on the basis of the calculated grain size, and a fracture function can be calculated on the basis of the results of the mechanical load test.
  • the proposed method can also be used to subsequently adapt or improve existing crushing plants using the simulation mentioned, the simulation being able to be carried out in parallel with a crushing process.
  • the adjustment mentioned can be carried out by changing a break function mentioned until the simulation corresponds as closely as possible to the real process.
  • the simulation can be carried out dynamically accordingly.
  • anomalies occurring in the area, transport and / or sorting process can also be precisely detected.
  • the proposed method can also be used to control a crushing plant, the simulation being used to determine whether, for example, a changing material rial task the speed of the transport, classification and shredding processes has to be changed or adapted. This is because a relatively coarse feed material slows down the comminution process, whereas a relatively fine feed material can overwhelm the crushing plant with material due to the slow speeds of the aggregates of the crushing plant. In today's crushing plants, such material fluctuations are compensated for by means of an intermediate material warehouse or an intermediate bunker. With the proposed method, such an intermediate material store can thus be dispensed with at least partially or even entirely, as a result of which the entire crushing plant can be manufactured more cost-effectively and can also be operated more cost-effectively.
  • the device also proposed according to the invention is in particular set up to control a crushing plant affected here by means of the proposed method.
  • the invention can be used in particular in a crushing plant which can be used for ore extraction or stone extraction.
  • the computer program according to the invention is set up to carry out every step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It enables the method according to the invention to be implemented on an electronic control device without having to make structural changes to it.
  • the machine-readable data carrier is provided, on which the computer program according to the invention is stored.
  • Figures 1a, b show known calculation methods based on a fractional function according to a continuum model (a.) And a discrete DEM model (b.).
  • FIGS. 2a, b show typical deformations of an irregular material sample by means of crushing tools known per se, namely a flat tool (a.) And a pointed tool (b.).
  • Figure 3 shows a method for operating a crushing plant, according to the state of the
  • Figure 4 shows an embodiment of the inventive method using a
  • the method according to the invention for operating a crushing plant concerned here or a corresponding crushing process is described below using the exemplary embodiment of a crushing plant used in ore extraction.
  • the method and the setup can also be used in other crushing plants, e.g. be used accordingly in crushing plants for stone / natural stone extraction or in cement production.
  • a crushing plant affected here usually consists of several crushing, screening and transport stages. All of these process stages can be modeled together using a discrete element method (DEM).
  • DEM discrete element method
  • the part of the process that can be most influenced for modeling is the breaking of the material and, above all, the breaking function of the stones on which it is based. The breaking function must therefore be determined separately for each breaking step and for each material.
  • the breaking process can be precisely mapped in a known manner with material throughputs, product distributions and with loads present on the respective units of the processing plant.
  • the fraction function mentioned can be determined as follows: In the case of crushing plants in which the respective materials for crushing are essentially loaded by pressure, the breaking function is known to be based on so-called “point load tests” (PLT) and pressure resistance tests, in which, for example, a mobile one is essentially used pointed breaking tool is pressed onto a respective, mostly irregular, material sample. The respective material samples, ie individual stones, are loaded or pressed with different intensities as in a crushing room of a crushing plant. These tests provide corresponding parameters, for example the force and the energy up to a break. In addition, these tests also provide information about the fragments generated.
  • PKT point load tests
  • pressure resistance tests in which, for example, a mobile one is essentially used pointed breaking tool is pressed onto a respective, mostly irregular, material sample.
  • PKT point load tests
  • pressure resistance tests in which, for example, a mobile one is essentially used pointed breaking tool is pressed onto a respective, mostly irregular, material sample.
  • the respective material samples, ie individual stones, are
  • the fracture function for a first crushing stage is determined using a PLT compressive strength test.
  • the fracture function for the subsequent second crushing stage is also determined using a PLT compressive strength test.
  • the fracture function for the subsequent third crushing stage is also determined from the PLT compressive strength test.
  • the fractional function can be determined for a first crushing stage as described and can only be extrapolated accordingly for at least a second crushing stage, for example by means of a linear or non-linear extrapolation or the like.
  • Figures 1 a and 1 b show two different calculation methods with the underlying fractional functions in comparison, namely those based on so-called “continuum models” and based on so-called DEM simulations.
  • continuum models illustrated in the prior art in FIG. 1 a are used, material particles being represented as a continuum in the processing process.
  • FIG. 1 a shows schematically a breaking tool 100 with material 105 to be machined continuously arranged therein.
  • the continuum models provide empirical calculation formulas based on practical experience. Individual units of the processing plant are not calculated using discrete methods.
  • the calculation method based on continuum models is mostly based on stochastic structural models.
  • discrete elements are generated and networked using point processes or so-called “Varonoi structures” based on structural analyzes with regard to the discrete material structure, in particular the grain structure of the material, and possibly taking binders between these grains into account.
  • a discrete consideration of replacement material particles takes place in the preparation process.
  • three replacement material particles 1 15, 120, 125, each of a different size and shape, are taken into account in the simulation in a breaking tool 110.
  • PLT point load test
  • a movable, flat crushing tool 200 is used, which is pressed onto an irregularly shaped material sample 205 arranged on a solid base 205.
  • This application with a pre- given stroke deformation h results in a corresponding pressure p on or in the material sample 205.
  • a movable, pointed breaking tool 220 is used, which is pressed onto a material sample 230, which is again irregularly shaped and is arranged on a base 225 corresponding to the breaking tool 220.
  • the stroke deformation h that occurs in this case also results in a corresponding pressure p on or in the material sample 230.
  • the break function for a DEM simulation is known to include at least the following three physical quantities or functional relationships:
  • the irregular material samples e.g. Rock samples
  • the deformation is set to different sizes.
  • the size of the material samples is varied and the tests repeated with the same / similar material sample size.
  • the reaction force of the material sample is measured during the tests.
  • the size of the fragments resulting from the deformation is measured.
  • the fracture function is determined as a result, functions of the reaction energy, reaction force and grain size distribution of the fragments being formed as a function of the deformation and the sample size. These functions are then extrapolated for larger grain sizes.
  • FIG. 3 shows a typical functional block diagram or flow chart of a calculation of processing processes in a processing or crushing plant concerned using the example of cement production. It should be emphasized that the individual units (ie the blocks shown here) of the system can also be arranged or combined differently in the calculation. So when calculating on the first sorting stage 205 shown there can be dispensed with. The preparation processes are calculated in accordance with the state of the art using a continuum model.
  • material 300 which has been blown up in the respective deposit is first transported 310 to a first sorting stage 305 by means of conveyor technology (not shown) which is known per se.
  • This transportation 310 can thus be carried out by means of a transport motor vehicle or a conveyor belt.
  • an empirical calculation of the expected result of the first sorting is based on the continuum model.
  • the material can then be forwarded to different shredding levels.
  • the correspondingly pre-sorted material is transported 320 to a first shredding stage 315, preferably by means of a conveyor belt.
  • the first comminution stage 315 has a so-called breaking tool for comminuting the material 300.
  • breaking tool for comminuting the material 300.
  • an empirical calculation of the expected result of the comminution or refraction of the material 300 is again based on the continuum model.
  • the material which has been comminuted in this way is first transported 325 to a first intermediate store (not shown) and controllably fed from it to a second sorting stage 330.
  • a second sorting stage 330 too, an empirical calculation based on the continuum model of the expected result of the second sorting takes place.
  • a transport 335 of the material sorted in this way to a second crushing stage 340, then to a third sorting stage 345, then to a third crushing stage 350 and then to a fourth sorting stage 355.
  • the then present, crushed and meanwhile sorted fourfold Material is then transported 360 to a second intermediate store (not shown) and controllably fed from it to a first grinding stage 365, in which fine-grained material required for cement production is produced.
  • a processing process of stone-shaped material affected here is calculated in a processing or crushing plant concerned here on the basis of a discrete consideration or DEM simulation of the material to be processed in each stage of the processing process. This is illustrated in FIG. 4, in which the corresponding additional calculation steps of the respective DEM simulation are shown.
  • FIG. 4 of a processing / crushing plant concerned here also includes several assumed machines or units.
  • the following parameters are generated as the results of the respective DEM simulation steps for each machine or each unit of the processing or crushing plant:
  • the individual units (i.e. the blocks shown here) of the system can also be arranged or combined differently.
  • the first sorting stage 405 shown can also be omitted in the calculation.
  • the processing processes in the system shown are calculated using a DEM simulation.
  • material 400 blasted in the respective deposit is first transported 410 to a first sorting stage 405.
  • the transport 410 can be carried out by means of a transport motor vehicle or a conveyor belt.
  • the material that was blasted off when the material was blown up at the deposit is also defined as part of the DEM simulation as DEM replacement particles to be taken into account there (see FIG. 1b) or educated.
  • the replacement particles are transported 415 to a first crushing stage 420, in which the crushing process of the DEM replacement particles is calculated. This calculation takes place on the basis of parameters which are determined in a separate first process or calculation loop 425.
  • the grain size of the DEM replacement particles is first calculated 430. On the basis of the grain size thus calculated, a pressure and PLT test described with reference to FIGS. 2a and 2b is carried out 435 using simulation technology. On the basis of the results of the mechanical load test carried out in this way a fraction function described is calculated 440.
  • the DEM replacement particles resulting from the comminution process according to the first comminution stage 420 are conveyed 450 with or without intermediate storage to a second sorting stage 445 in terms of transport technology.
  • the DEM simulation of a sorting of the then available DEM replacement particles then takes place.
  • the two sorted DEM replacement particles thus present are then fed to a second comminution stage 455 460, in which the shredding process of the DEM replacement particles is in turn simulated.
  • the required parameters are first calculated using a second calculation loop 465, namely the particle size 470 of the DEM replacement particles that is then present, the simulation of a pressure and PLT test 475, and the determination or determination of a corresponding fracture function 480.
  • a subsequent third sorting stage 485 and a third comminution stage 487 are used, and the process parameters required for the DEM simulation are also determined there using a third calculation loop 489 with corresponding calculation steps 491, 493 and 495.
  • the DEM replacement particles then present are also subjected to a fourth sorting stage 497 in the present exemplary embodiment. Finally, the DEM replacement particles then present are fed to a first grinding stage 499. After that, further process stages can be set up if necessary.
  • the method described with reference to FIG. 4 can be in the form of a control program for an electronic control unit for operating or controlling a processing or crushing system concerned here, or in the form of one or more corresponding electronic ones Control units (ECUs) can be realized.
  • the described method can also be implemented in the form of a computer program for planning a new processing / crushing plant affected here or for optimizing an existing processing / crushing plant affected here.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben einer Aufbereitungsanlage zum Zerkleinern von im Wesentlichen steinförmigem Material, wobei die Aufbereitungsanlage wenigstens eine Zerkleinerungsstufe (420, 455, 487) und wenigstens eine Sortierstufe (405, 445, 485, 497) aufweist, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass Aufbereitungsprozesse der Aufbereitungsanlage anhand einer auf diskreten Elementen des Materials beruhenden Simulation berechnet werden (430 - 440, 470 - 480, 491 - 495), wobei einzelne Materialpartikel zugrunde gelegt werden, wobei die Materialpartikel als Ersatzmodell bei der Simulation berücksichtigt werden (430, 470, 491) und wobei die Ergebnisse der Simulation beim Betrieb oder bei der Planung der Aufbereitungsanlage berücksichtigt werden (420, 455, 487).

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Brechanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Aufbereitungs- bzw. Brechanlage zum Zerkleinern von steinförmigem Material, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ge- genstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenles- barer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und eine Einrichtung, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Stand der Technik
Hier betroffene Materialien, z.B. Steine oder Erze, werden meist in einem Steinbruch gewon- nen. Dort wird das Material entweder durch Sprengungen oder mit schweren Maschinen ge- lockert und anschließend mit Rad-Schaufelladern und Schwerlastkraftwagen zu einer Brech- anlage transportiert und dort zerkleinert. Im Fall einer Zementerzeugung kann das Material dabei zusammen mit Zusatzstoffen zu Schotter zerkleinert werden. Das so zerkleinerte Ma- terial wird dann über Förderbänder in ein Zwischenlager gebracht.
Hier betroffene Brechanlagen bestehen im Allgemeinen aus mehreren Brech-, Sieb- und Transportstufen. Die Auslegung der einzelnen Stufen der Brechanlage bei ihrer Planung wird meist anhand von Modellberechnungen auf der Grundlage sogenannter„Kontinuums“-Mo- delle durchgeführt. Diese Modelle basieren meist auf empirischen Erfahrungswerten oder empirischen Formeln, bei denen Einflussgrößen wie die Feinheit, Feuchte oder Härte des Materials mit Korrekturfaktoren eingerechnet werden.
Bei diesen an sich bekannten Modellberechnungen einer hier betroffenen Brechanlage wer- den allerdings keine Einzelaggregate der Anlage, z.B. anhand einer Diskrete-Elemente-Me- thode- (DEM)-Simulation, berechnet. Solche Berechnungen erfolgten bislang nur an solchen Einzelaggregaten selbst, d.h. separat von einer Brechanlage. Zudem stoßen diese Berech- nungsmethoden bei komplexen Projektanforderungen hier betroffener Aufbereitungsanlagen oft an ihre Grenzen.
In vielen Bereichen der Materialaufbereitung im Tagebau ist der maschinelle Aufschluss von Festgestein ein essentieller Bestandteil in der Verarbeitungskette. Es ist daher von großer Bedeutung die im Bruchprozess auftretenden Lasten realistisch zu prognostizieren. Die Ab- bildung des Bruchprozesses in einem Simulationsmodell ist jedoch sehr komplex, was vor al- lem an dem meist stark inhomogenen Material liegt. Ein viel versprechender Ansatz, um das Materialverhalten in der Lastprognose zu berücksichtigen, ist die numerische Simulation des Materialbruchverhaltens mit Hilfe der genannten DEM-Simulation.
Bei einer DEM-Simulation wird bekanntermaßen eine reale, unregelmäßige Gesteinsgeome- trie durch diskrete Partikel abgebildet. Bevorzugt wird eine Kugel mit definiertem Radius und Dichte verwendet, weil sie am einfachsten eine Kontakterkennung im Raum ermöglicht. Zu- sätzlich werden bei einer realen Gesteinskörnung auftretende Inhomogenitäten nachgebildet. Dies gelingt dadurch, dass das Kontaktmodell aus jeweils einem Modell zur Materialdeforma- tion, der Gleitreibung, dem Rollwiderstand und der Kohäsion zusammengesetzt wird. Auf diese Weise lässt sich das Verhalten der runden Partikel dem von Schüttgütern unregelmä- ßiger Geometrie anpassen.
Für die Simulation von hier betroffenen Festkörpern wird das genannte Kontaktmodell zu- sätzlich nach dem Superpositionsprinzip um ein sogenanntes„Bond“-Modell (meist ein Bal- ken mit Kreisquerschnitt) erweitert. Dem Festkörperverhalten entsprechend sind die zwi- schen den Partikeln implementierten Bonds in der Lage, Kräfte und Momente aufzunehmen. Zudem können die Bonds bei Überschreitung einer definierten Belastung„brechen“. Basie- rend auf den grundlegenden Modellen wird ein bruchfähiger DEM-Gesteinskörper aus einer Vielzahl von Partikeln und Bonds aufgebaut. Dabei erfolgt auch eine Kalibrierung der Para- meter des Kontakt- und Bondmodells, so dass die makroskopischen Gesteinsmerkmale, wie Bruchkraft, Steifigkeit, Zähigkeit, Korngrößeneffekte und das Bruchbild, realistisch nachgebil- det werden.
Alternativ dazu gibt es auch einen Modellansatz, bei dem ein genannter DEM-Gesteinskör- per monolithisch ausgebildet ist und dieser Gesteinskörper bei einer Verformung gemäß ei- ner entsprechenden Bruchfunktion als Ganzes zerbricht.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, in einer hier betroffenen Aufbereitungs- bzw. Brechan- lage zum Zerkleinern von im Wesentlichen steinförmigem Material vorhandene einzelne Ma- terialpartikel einer diskreten Betrachtung (DEM-Simulation) zuzuführen.
Es ist hierbei anzumerken, dass eine solche Aufbereitungsanlage neben Brechwerkzeugen auch weitere Aggregate bzw. Maschinen, z.B. Sortiermaschinen, umfasst. Die Materialparti- kel werden dabei als Ersatzmodell in einem Prozess simuliert und unterliegen dabei den je- weils gültigen physikalischen Gesetzen beim Transport, bei der Sortierung und bei der Zer- kleinerung.
Es ist ferner anzumerken, dass vorliegend bei der DEM-Simulation eine reale unregelmäßige Gesteinsgeometrie durch diskrete Partikel abgebildet wird, wobei anstelle einer genannten Kugel auch andere geometrische Körperformen verwendet werden können. So kann z.B. ein Ellipsoid, ein Oktaeder oder bevorzugt sogar unregelmäßige Partikelformen bzw. räumlich beliebig unregelmäßig ausgeformte Partikel verwendet werden. Dadurch lassen sich bei ei- ner realen Gesteinskörnung auftretende Inhomogenitäten noch präziser nachbilden.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben einer Aufbereitungs- anlage zum Brechen von im Wesentlichen steinförmigem Material, wobei die Aufbereitungs- anlage wenigstens eine Zerkleinerungsstufe und wenigstens eine Sortierstufe aufweist, wer- den Aufbereitungsprozesse der Aufbereitungsanlage anhand einer auf diskreten Elementen des Materials beruhenden Simulation berechnet, wobei einzelne Materialpartikel zugrunde gelegt werden, wobei die Materialpartikel als Ersatzmodell bei der Simulation berücksichtigt werden und wobei die Ergebnisse der Simulation beim Betrieb bzw. bei der Optimierung ei- ner bestehenden Aufbereitungsanlage oder bei der Planung einer neuen Aufbereitungsanla- ge berücksichtigt werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren können für die Materialpartikel gültige physikalische Gesetze beim Transport und/oder bei der Sortierung und/oder bei der Zerkleinerung berück- sichtigt werden.
Bei der Simulation der Zerkleinerung kann insbesondere eine sogenannte Bruchfunktion ein- gerichtet werden. Die Bruchfunktion bestimmt das Verhalten der Gesteinspartikel bei der je- weiligen Beanspruchung im Bereich Raum der Maschine und liefert im Ergebnis die jeweils vorliegenden Reaktionskräfte, die Bruchenergie so sowie die die nach einer Beanspruchung der Gesteinspartikel vorliegende Verteilung der jeweiligen Bruchstücke. Dadurch kann für jede vorgegebene Maschine der Durchsatz des jeweiligen Bruchmaterials sowie die bei der Brechung von dem jeweiligen Gesteinspartikel aufgenommene Energie ermittelt werden.
Zur erforderlichen Parametrierung bzw. Kalibrierung von DEM-Modellen können bekannter- maßen Simulationsergebnisse mit Messwerten, welche zuvor in realen Experimenten ermit- telt wurden, verglichen und ein Maß für die Abweichung der Ergebnisse berechnet werden. Anschließend werden die Modellparameter mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens so lange variiert, bis sie möglichst weitgehend übereinstimmen.
Insgesamt kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren auch der Durchsatz und die Energie- aufnahme für eine ganze Aufbereitungs- bzw. Brechanlage ermittelt werden. Denn das erfin- dungsgemäße Verfahren ermöglicht die DEM-Modellierung einer gesamten Aufbereitungs- bzw. Brechanlage. Somit können die Planung und die Auslegung z.B. einer entsprechend großen Erzaufbereitungsanlage, aber auch in der Natursteinindustrie eingesetzte Brechanla- gen, vereinfacht und genauer oder präziser durchgeführt werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann vorgesehen sein, dass bei der Berechnung des Aufbereitungsprozesses in einer Lagerstätte gesprengtes Material wenigstens einer Aufbe- reitungsstufe zugeführt wird, wobei für das abgesprengte Material für die diskrete Berech- nung der Simulation, insbesondere auf der Grundlage einer realen Sprengverteilung, Ersatz- partikel gebildet werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass bei der Berechnung des Aufbereitungsprozesses Parameter berücksichtigt werden, welche in einer getrennten Berechnungsschleife ermittelt werden. Bei der getrennten Berechnungsschleife kann die Korngröße der Ersatzpartikel berechnet werden, auf der Grundlage der berechneten Korn- größe ein mechanischer Belastungstest berechnet werden und auf der Grundlage der Ergeb- nisse des mechanischen Belastungstests eine Bruchfunktion berechnet werden.
Es ist anzumerken, dass mittels des vorgeschlagenen Verfahrens auch bereits bestehende Brechanlagen mittels der anhand der genannten Simulation nachträglich angepasst bzw. verbessert werden können, wobei die Simulation parallel zu einem Brechprozess durchge- führt werden kann. Die genannte Anpassung kann dadurch erfolgen, dass eine genannte Bruchfunktion so lange verändert werden, bis die Simulation dem realen Prozess möglichst genau entspricht.
Durch Kopplung der genannten Simulation mit einer sich ständig veränderbaren Aufgabezu- sammensetzungen einer hier betroffenen Brechanlage kann die Simulation entsprechend dynamisch durchgeführt werden. Dadurch können zusätzlich in dem Bereich-, Transport- und/oder Sortierprozess auftretende Anomalien präzise erfasst werden.
Das vorgeschlagene Verfahren kann auch zur Steuerung einer Brechanlage eingesetzt wer- den, wobei mittels der Simulation festgestellt wird, ob z.B. bei einer sich verändernden Mate- rialaufgabe die Geschwindigkeit der Transport-, Klassier- und Zerkleinerungsprozesse verän- dert oder angepasst werden muss. Denn ein relativ grobes Aufgabematerial verlangsamt den Zerkleinerungsprozess, wohingegen ein relativ feines Aufgabematerial die Brechanlage auf- grund der zu langsamen Geschwindigkeiten der Aggregate der Brechanlage mit Material überschütten kann. Bei heutigen Brechanlagen werden solche Materialschwankungen mittels eines Zwischenmateriallagers bzw. eines Zwischenbunkers ausgeglichen. Mit dem vorge- schlagenen Verfahren kann somit auf ein solches Zwischenmateriallager zumindest teilweise oder sogar ganz verzichtet werden, wodurch die gesamte Brechanlage insgesamt kosten- günstiger herstellbar und auch kostengünstiger betreibbar ist.
Die erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagene Einrichtung ist insbesondere eingerichtet, eine hier betroffene Brechanlage mittels des vorgeschlagenen Verfahrens zu steuern.
Die Erfindung kann insbesondere in einer zur Erzgewinnung oder Steingewinnung einsetzba- ren Brechanlage zur Anwendung kommen.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ab- läuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elek- tronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemä- ße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Compu- terprogramms auf eine Einrichtung bzw. ein entsprechendes elektronisches Steuergerät wird die erfindungsgemäße Einrichtung erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene Brechanlage mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben bzw. den entsprechen- den Brechbetrieb zu steuern.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläutern- den Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in ande- ren Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegen- den Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figuren 1a, b zeigen an sich bekannte Berechnungsmethoden anhand einer Bruchfunktion nach einem Kontinuum-Modell (a.) und einem diskreten DEM-Modell (b.).
Figuren 2a, b zeigen typische Verformungen einer unregelmäßigen Materialprobe mittels an sich bekannter Brechwerkzeuge, und zwar eines flachen Werkzeugs (a.) und eines spitzen Werkzeugs (b.).
Figur 3 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Brechanlage, gemäß dem Stand der
Technik, anhand eines Block- bzw. Flussdiagramms.
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines
Block-/Flussdiagramms.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer hier betroffenen Brechanlage bzw. ein entsprechender Brechprozess wird nachfolgend am Ausführungsbeispiel einer bei der Erzgewinnung eingesetzten Brechanlage beschrieben. Das Verfahren und die Einrichtung können allerdings auch bei anderweitig eingesetzten Brechanlagen, z.B. bei Brechanlagen zur Stein-/Natursteingewinnung oder bei der Zementherstellung, entsprechend angewendet werden.
Eine hier betroffene Brechanlage besteht meist aus mehreren Brech-, Sieb- und Transport- stufen. Alle diese Prozessstufen können mittels einer Diskrete-Elemente-Methode (DEM) gemeinsam modelliert werden. Der für die Modellierung am meisten beeinflussbare Pro- zessanteil stellt dabei das Brechen des Materials sowie vor allem die dabei zugrunde gelegte Bruchfunktion der Steine dar. Die Bruchfunktion muss daher für jede Brechstufe und für je- des Material getrennt ermittelt werden.
Nach einer korrekt erfolgten Ermittlung der jeweiligen Bruchfunktion und nach dem Einlesen der Bruchfunktion in ein DEM-Simulationsprogramm kann der Brechprozess, in an sich be- kannter Weise, mit Materialdurchsätzen, Produktverteilungen sowie mit an den jeweiligen Aggregaten der Aufbereitungsanlage vorliegenden Lasten präzise abgebildet werden.
Die genannte Bruchfunktion kann wie folgt ermittelt werden: Im Falle von Brechanlagen, bei denen die jeweiligen Materialien zur Zerkleinerung im We- sentlichen durch Druck belastet werden, beruht die Bruchfunktion bekanntermaßen auf soge- nannten„Point Load Tests“ (PLT) sowie Druckfestigkeitstests, bei denen z.B. ein bewegli- ches, im Wesentlichen spitzes Brechwerkzeug auf eine jeweilige, meist unregelmäßige Ma- terialprobe gedrückt wird. Die jeweiligen Materialproben, d.h. einzelne Steine, werden dabei wie in einem Brechraum einer Brechanlage mit unterschiedlicher Intensität belastet bzw. ge- drückt. Diese Tests liefern dabei entsprechende Parameter, z.B. die Kraft und die Energie bis hin zu einem Bruch. Zusätzlich liefern diese Tests auch Informationen über die dabei er- zeugten Bruchstücke.
Bei diesen Festigkeitsuntersuchungen besteht auch die Möglichkeit, jeweils angewendete Druckwerte entsprechend den unterschiedlichen Korngrößen der Materialproben zu verän- dern bzw. zu skalieren. Die genannten Parameter werden dabei für jede Brechstufe einzeln ermittelt, und zwar wie folgt:
1. Im Falle von an der jeweiligen Abbruchkante einer Miene abgesprengtem Haufwerk, d.h. natürlichem, noch nicht bearbeitetem sog.„ROM“-Material, wird die Bruchfunkti- on für eine erste Brechstufe anhand eines PLT-Druckfestigkeitstests ermittelt.
2. Für ein in der jeweils ersten Brechstufe gebrochenes Haufwerk von ROM-Material wird die Bruchfunktion für die jeweils nachfolgende zweite Brechstufe ebenfalls an- hand eines PLT-Druckfestigkeitstests ermittelt.
3. Für ein in der jeweils zweiten Brechstufe gebrochenes Haufwerk wird die Bruchfunkti- on für die jeweils nachfolgende dritte Brechstufe ebenfalls aus dem PLT-Druckfestig- keitstest ermittelt.
4. Gegebenenfalls weitere Bruchfunktionen, z.B. für Mahlstufen zur Erzeugung von Korngrößen kleiner 10 mm, können allerdings nicht anhand von genannten PLT- Druckfestigkeitsversuchen ermittelt werden. Zur Ermittlung solcher Bruchfunktionen sind Lasten und Produktverteilungen z.B. aus einer Modell-Gutbett-Walzenmühle er- forderlich.
Es ist hierbei anzumerken, dass alternativ die Bruchfunktion für eine erste Brechstufe wie beschrieben ermittelt werden kann und für eine wenigstens zweite Brechstufe lediglich ent- sprechend hochgerechnet werden kann, z.B. im Wege einer linearen oder nicht-linearen Ex- trapolation oder dergleichen. Die Figuren 1 a und 1 b zeigen zwei unterschiedliche Berechnungsmethoden mit dabei zu- grunde liegenden Bruchfunktionen im Vergleich, und zwar solche auf der Grundlage soge- nannter„Kontinuum-Modelle“ sowie auf der Grundlage genannter DEM-Simulationen. Für die Auslegung der in den hier betroffenen Aufbereitungsanlagen befindlichen Aggregate werden im Stand der Technik in Figur 1a veranschaulichte Kontinuum-Modelle benutzt, wobei Mate- rialpartikel im Aufbereitungsprozess als Kontinuum dargestellt werden. Die Figur 1a zeigt schematisch ein Brechwerkzeug 100 mit darin kontinuierlich angeordnetem, zu bearbeiten- dem Material 105. Die Kontinuum-Modelle stellen auf Basis von Praxiserfahrungen gebildete empirische Berechnungsformeln bereit. Einzelne Aggregate der Aufbereitungsanlage werden dabei allerdings nicht mit diskreten Methoden berechnet.
Die Berechnungsmethode anhand von Kontinuum-Modellen beruht bekanntermaßen meist auf stochastischen Strukturmodellen. Bei diesen werden auf Basis von Strukturanalysen be- züglich der diskreten Materialstruktur, insbesondere der Kornstruktur des Materials, und ge- gebenenfalls unter Berücksichtigung von Bindemitteln zwischen diesen Körnern, über Punkt- prozesse bzw. sogenannte„Varonoi-Strukturen“ diskrete Elemente erzeugt und vernetzt.
Das mechanische Verhalten dieser Strukturelemente, d.h. Mineralkörner und Bindemittel, wird bekanntermaßen über Kontakt- und Volumen-Stoffgesetze abgebildet. Anhand einer numerischen DEM-Simulation von mechanischen Hochdruckbelastungen kann das Bruch- verhalten der Gesteinsstruktur unter verschiedenen Hochdruckbelastungen im Mikrobereich realitätsnah abgebildet werden. Die Validierung der Simulationsergebnisse erfolgt durch La- borexperimente, bei denen in einem felsmechanischen Labor spezielle Festigkeitsuntersu- chungen im Hochdruckbereich durchgeführt werden.
Bei der in Figur 1 b schematisch gezeigten DEM-Simulation erfolgt im Aufbereitungsprozess eine diskrete Betrachtung von Ersatz-Materialpartikeln. In dem vorliegenden Beispiel werden bei der Simulation drei in einem Brechwerkzeug 110 angeordnete Ersatz-Materialpartikel 1 15, 120, 125 jeweils unterschiedlicher Größe und Form berücksichtigt.
In den Figuren 2a und 2b sind ein sogenannter„Point-Load Test“ (PLT) und ein Drucktest im Vergleich dargestellt.
Bei dem in Fig. 2a veranschaulichten Drucktest wird ein bewegliches, flaches Brechwerk- zeug 200 angewendet, welches auf eine auf einer festen Unterlage 205 angeordnete, unre- gelmäßig ausgeformte Materialprobe 205 gedrückt wird. Diese Beaufschlagung mit einer vor- gegebenen Hubverformung h (Bezugszeichen 215) ergibt einen entsprechenden Druck p an bzw. in der Materialprobe 205.
Bei dem in Fig. 2b veranschaulichten PLT-Versuch wird ein bewegliches, spitzes Brechwerk- zeug 220 angewendet, welches auf eine auf einer entsprechend dem Brechwerkzeug 220 spitzen Unterlage 225 angeordnete, wiederum unregelmäßig ausgeformte Materialprobe 230 gedrückt wird. Die dabei erfolgende Hubverformung h (Bezugszeichen 235) ergibt auch hier einen entsprechenden Druck p an bzw. in der Materialprobe 230.
Die Bruchfunktion für eine DEM-Simulation umfasst bekanntermaßen wenigstens die folgen- den drei physikalischen Größen bzw. funktionellen Zusammenhänge:
1. Die Reaktionsenergie E(h) in Abhängigkeit von der Verformung h;
2. die Reaktionskraft F(h) des Materials in Abhängigkeit von der Verformung h; und
3. die Verteilung P(h) der Korngröße des Materials in Abhängigkeit von der Verformung h.
Bei den Tests werden die unregelmäßigen Materialproben, z.B. Gesteinsproben, an dem zu- nächst feststehenden Werkzeug positioniert und durch die Bewegung des beweglichen Werkzeuges verformt und zerdrückt. Dabei wird die Verformung unterschiedlich groß einge- stellt. Zudem wird dabei insbesondere die Größe der Materialproben variiert und die Tests mit gleicher/ähnlicher Materialprobengröße wiederholt. Während der Tests wird die Reakti- onskraft der Materialprobe gemessen. Zusätzlich wird die Größe der durch die Verformung entstehenden Bruchstücke gemessen.
Im Ergebnis wird die Bruchfunktion ermittelt, wobei Funktionen der Reaktionsenergie, Reakti- onskraft und Korngrößenverteilung der Bruchstücke in Abhängigkeit von der Verformung und der Probengröße gebildet werden. Diese Funktionen werden dann für größere Korngrößen extrapoliert.
In der Figur 3 ist ein typisches funktionelles Blockschema bzw. Ablaufdiagramm einer Be- rechnung von Aufbereitungsprozessen in einer hier betroffenen Aufbereitungs- bzw. Brech- anlage am Beispiel der Zementherstellung dargestellt. Es ist hervorzuheben, dass bei der Berechnung die einzelnen Aggregate (d.h. vorliegend die gezeigten Blöcke) der Anlage auch anders angeordnet bzw. kombiniert werden können. So kann bei der Berechnung auf die dort gezeigte erste Sortierungsstufe 205 verzichtet werden. Die Aufbereitungsprozesse wer- den vorliegend, gemäß dem Stand der Technik, anhand eines Kontinuum-Modells berech- net.
Bei dem gezeigten Aufbereitungsprozess wird zunächst in der jeweiligen Lagerstätte ge- sprengtes Material 300 mittels an sich bekannter (nicht gezeigter) Fördertechnik zu einer ers- ten Sortierungsstufe 305 hin transportiert 310. So kann dieser Transport 310 mittels eines Transportkraftfahrzeugs oder eines Förderbandes erfolgen. In der ersten Sortierungsstufe 305 erfolgt eine auf dem Kontinuum-Modell beruhende empirische Berechnung des zu er- wartenden Ergebnisses der ersten Sortierung. Abhängig vom Ergebnis der ersten Sortierung kann das Material danach ggf. an unterschiedliche Zerkleinerungsstufen weitergeleitet wer- den.
Bei der Berechnung wird das entsprechend vorsortierte Material zu einer ersten Zerkleine- rungsstufe 315 hin transportiert 320, und zwar bevorzugt mittels eines Förderbandes. Die erste Zerkleinerungsstufe 315 weist ein genanntes Brechwerkzeug zum Zerkleinern des Ma- terials 300 auf. In der ersten Zerkleinerungsstufe 315 erfolgt wiederum eine auf dem Kontinu- um-Modell beruhende empirische Berechnung des zu erwartenden Ergebnisses der Zerklei- nerung bzw. Brechung des Materials 300.
Bei der weiteren Berechnung wird das so zerkleinerte Material vorliegend zunächst in ein (nicht gezeigtes) erstes Zwischenlager transportiert 325 und aus diesem steuerbar einer zweiten Sortierungsstufe 330 zugeführt. Auch in der zweiten Sortierungsstufe 330 erfolgt ei- ne auf dem Kontinuum-Modell beruhende empirische Berechnung des zu erwartenden Er- gebnisses der zweiten Sortierung. Danach erfolgt vorliegend ein Transport 335 des so sor- tierten Materials zu einer zweiten Zerkleinerungsstufe 340, danach zu einer dritten Sortie- rungsstufe 345, danach zu einer dritten Zerkleinerungsstufe 350 und danach zu einer vierten Sortierungsstufe 355. Das dann vorliegende, zerkleinerte und inzwischen vierfach sortierte Material wird danach zu einem (nicht gezeigten) zweiten Zwischenlager transportiert 360 und von diesem steuerbar einer ersten Mahlstufe 365 zugeführt, in der für die Zementherstellung erforderliches, feinkörniges Material hergestellt wird.
Es ist hervorzuheben, dass bei den Aufbereitungsstufen 340, 345, 350, 355 sowie der ersten Mahlstufe 365 ebenfalls auf dem Kontinuum-Modell beruhende, empirische Berechnungen des jeweils zu erwartenden Ergebnisses der Zerkleinerung bzw. Sortierung durchgeführt werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Berechnung eines hier betroffenen Aufbereitungsprozesses von steinförmigem Material in einer hier betroffenen Aufbereitungs- bzw. Brechanlage anhand einer diskreten Betrachtung bzw. DEM-Simulation des zu verar- beitenden Materials in jeder Stufe des Aufbereitungsprozesses. Dies ist in der Figur 4 veran- schaulicht, in der die entsprechenden zusätzlichen Berechnungsschritte der jeweiligen DEM- Simulation dargestellt sind.
Das in der Figur 4 gezeigte funktionelle Blockschema bzw. Ablaufdiagramm einer hier betrof- fenen Aufbereitungs-/Brechanlage, wiederum am Beispiel der Zementherstellung, umfasst auch hier mehrere angenommene Maschinen bzw. Aggregate. Als Ergebnisse der jeweiligen DEM-Simulationsschritte werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für jede Maschi- ne bzw. jedes Aggregat der Aufbereitungs- bzw. Brechanlage folgende Parameter generiert:
Materialdurchsatz in der Einheit [1.000 kg/h],
Leistungsaufnahme in der Einheit [kW],
Korngrößenverteilung der Aufgabematerials und Produktmaterials in der Ein- heit [mm/%],
An dem Brechwerkzeug auftretende Lasten bzw. Kräfte in der Einheit [kNj.
Auch ist bei der Figur 4 hervorzuheben, dass die einzelnen Aggregate (d.h. vorliegend die gezeigten Blöcke) der Anlage auch anders angeordnet bzw. kombiniert werden können. So kann dort bei der Berechnung auch auf die gezeigte erste Sortierungsstufe 405 verzichtet werden. Die Aufbereitungsprozesse in der gezeigten Anlage werden jedoch, im Gegensatz zum Stand der Technik, anhand einer DEM-Simulation berechnet.
Auch bei der in Figur 4 gezeigten diskreten Berechnung des Aufbereitungsprozesses wird zunächst in der jeweiligen Lagerstätte gesprengtes Material 400 zu einer ersten Sortierungs- stufe 405 hin transportiert 410. Auch hier kann der T ransport 410 mittels eines T ransport- kraftfahrzeugs oder eines Förderbandes erfolgen. Im Gegensatz zur Figur 3 wird bei der Be- rechnung auch das bei der Sprengung des Materials an der Lagerstätte jeweils abgespreng- te Material im Rahmen der DEM-Simulation als dort zu berücksichtigende DEM-Ersatzparti- kel (siehe Figur 1 b) definiert bzw. gebildet.
In der vorliegend ersten Sortierungsstufe 405 erfolgt eine auf den DEM-Ersatzpartikeln beru- hende DEM-Simulation des Sortierungsprozesses. Abhängig vom Ergebnis dieser ersten Sortierung, kann auch hier das jeweils vorliegende Material danach ggf. an unterschiedliche Zerkleinerungsstufen weitergeleitet werden. Nach der Berechnung der ersten Sortierungsstufe 405 erfolgt ein Transport 415 der Ersatz- partikel in eine erste Zerkleinerungsstufe 420, in welcher der Zerkleinerungsprozess der DEM-Ersatzpartikel berechnet wird. Diese Berechnung erfolgt anhand von Parametern, wel- che in einer getrennten ersten Prozess- bzw. Berechnungsschleife 425 ermittelt werden. Da- bei wird zunächst die Korngröße der DEM-Ersatzpartikel berechnet 430. Auf der Grundlage der so berechneten Korngröße wird ein anhand der Figuren 2a und 2b beschriebener Druck- und PLT-Test simulationstechnisch durchgeführt 435. Auf der Grundlage der Ergebnisse des so durchgeführten mechanischen Belastungstests wird eine beschriebene Bruchfunktion be- rechnet 440.
Die sich bei dem Zerkleinerungsprozess gemäß der ersten Zerkleinerungsstufe 420 erge- benden DEM-Ersatzpartikel werden mit oder ohne Zwischenlagerung einer zweiten Sortie- rungsstufe 445 transporttechnisch 450 zugeführt. Dabei erfolgt die DEM-Simulation einer Sortierung der dann vorliegenden DEM-Ersatzpartikel.
Die somit vorliegenden, zweifach sortierten DEM-Ersatzpartikel werden danach einer zwei- ten Zerkleinerungsstufe 455 transporttechnisch 460 zugeführt, in welcher wiederum der Zer- kleinerungsprozess der DEM-Ersatzpartikel simuliert wird. Auch dabei werden zunächst die erforderlichen Parameter anhand einer zweiten Berechnungsschleife 465 berechnet, nämlich die dann vorliegende Korngröße 470 der DEM-Ersatzpartikel, die Simulation eines Druck- und PLT-Tests 475 sowie die Bestimmung bzw. Ermittlung einer entsprechenden Bruchfunk- tion 480.
Entsprechend wird mit einer anschließenden dritten Sortierstufe 485 und einer dritten Zer- kleinerungsstufe 487 weiterverfahren und auch dort die für die DEM-Simulation erforderli- chen Prozessparameter anhand einer dritten Berechnungsschleife 489 mit entsprechenden Berechnungsschritten 491 , 493 und 495 ermittelt.
Die dann vorliegenden DEM-Ersatzpartikel werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zudem einer vierten Sortierungsstufe 497 unterzogen. Schließlich werden die dann vorlie- genden DEM-Ersatzpartikel einer ersten Mahlstufe 499 zugeführt. Danach können ggf. wei- tere Prozessstufen eingerichtet werden.
Das anhand von Figur 4 beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zum Betrieb bzw. zur Steuerung einer hier betroffenen Aufbe- reitungs- bzw. Brechanlage oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden. Das beschriebene Verfahren kann aber auch in Form eines Computerprogramms zur Planung einer hier betroffenen neuen Aufbereitungs- /Brechanlage oder zur Optimierung einer hier betroffenen bestehenden Aufbereitungs- /Brechanlage realisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Aufbereitungsanlage zum Zerkleinern von im Wesent- lichen steinförmigem Material, wobei die Aufbereitungsanlage wenigstens eine Zer- kleinerungsstufe (420, 455, 487) und wenigstens eine Sortierstufe (405, 445, 485, 497) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Aufbereitungsprozesse der Aufberei- tungsanlage anhand einer auf diskreten Elementen des Materials beruhenden Simu- lation berechnet werden (430 - 440, 470 - 480, 491 - 495), wobei einzelne Material- partikel zugrunde gelegt werden, wobei die Materialpartikel als Ersatzmodell bei der Simulation berücksichtigt werden (430, 470, 491 ) und wobei die Ergebnisse der Si- mulation beim Betrieb der Aufbereitungsanlage berücksichtigt werden (420, 455,
487).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Materialpartikel gültige physikalische Gesetze beim Transport und/oder bei der Sortierung und/oder bei der Zerkleinerung berücksichtigt werden (420, 455, 487).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Simulation der Zerkleinerung eine Bruchfunktion zugrunde gelegt wird, welche das Verhalten der Materialpartikel bei einer mechanischen Beanspruchung beschreibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchfunktion bei der mechanischen Beanspruchung vorliegende Reaktionskräfte, die Bruchenergie und die nach einer Beanspruchung vorliegende Verteilung jeweiliger Bruchstücke be- sch reibt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Parametrierung bzw. Kalibrierung Ergebnisse der Simulation mit Messwer- ten, welche in realen Experimenten ermittelt werden, verglichen werden und Modell- parameter an die Messwerte angepasst werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Mo- dellparameter an die Messwerte anhand eines Optimierungsverfahrens erfolgt, wobei die Modellparameter variiert werden, bis diese mit den Messwerten möglichst über- einstimmen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Aufbereitungsprozesses in einer Lagerstätte gespreng- tes Material (400) wenigstens einer Aufbereitungsstufe (405) zugeführt wird, wobei für das abgesprengte Material zur diskreten Berechnung der Simulation auf der Grundlage einer realen Sprengverteilung Ersatzpartikel gebildet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Aufbereitungsprozesses Parameter berücksichtigt wer- den, welche in einer getrennten Berechnungsschleife (425, 465, 489) ermittelt wer- den.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der getrennten Be- rechnungsschleife (425, 465, 489) die Korngröße der Ersatzpartikel berechnet wird (430, 470, 491 ), dass auf der Grundlage der berechneten Korngröße ein mechani- scher Belastungstest bestimmt wird (435, 475, 493) und dass auf der Grundlage der Ergebnisse des mechanischen Belastungstests eine Bruchfunktion berechnet wird (440, 480, 495).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Aufbereitungsanlage anhand der Ergebnisse der Simulation ge- steuert erfolgt.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Simulation festgestellt wird, ob bei einer sich verändernden Materialaufgabe Prozessparameter verändert oder angepasst werden müssen.
12. Verfahren zur Planung einer neuen Aufbereitungsanlage oder zur Optimierung einer bestehenden Aufbereitungsanlage zum Zerkleinern von im Wesentlichen steinförmi- gem Material, wobei die Aufbereitungsanlage wenigstens eine Zerkleinerungsstufe (420, 455, 487) und wenigstens eine Sortierstufe (405, 445, 485, 497) aufweist, da- durch gekennzeichnet, dass Aufbereitungsprozesse der Aufbereitungsanlage anhand einer auf diskreten Elementen des Materials beruhenden Simulation berechnet wer- den (430 - 440, 470 - 480, 491 - 495), wobei einzelne Materialpartikel zugrunde ge- legt werden, wobei die Materialpartikel als Ersatzmodell bei der Simulation berück- sichtigt werden (430, 470, 491 ) und wobei die Ergebnisse der Simulation bei der Pla- nung bzw. bei der Optimierung der Aufbereitungsanlage berücksichtigt werden (420, 455, 487).
13. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
14. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß An- spruch 13 gespeichert ist.
15. Einrichtung, welche eingerichtet ist, eine Aufbereitungsanlage zum Brechen von steinförmigem Material mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 zu steuern.
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